CN102735636B

CN102735636B - 一种生化分析仪用光学装置

Info

Publication number: CN102735636B
Application number: CN201210225260.XA
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Beijing Leadman Biochemistry Co Ltd
Current assignee: Beijing Leadman Biochemistry Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN102735636A

Abstract

本发明公开了一种生化分析仪用光学装置，包括光源、前聚光透镜、放置反应杯的反应盘、保持所述反应杯内反应液温度的恒温槽、后分光透镜、光采集点；所述前聚光透镜包含一片双凸透镜和一片凹凸透镜，且所述前聚光透镜的双凸透镜在前，凹凸透镜在后，并且所述凹凸透镜凸面为入射面；所述后分光透镜包含两片相同的平凸透镜，且两片透镜的凸面相贴；本发明提供的一种生化分析仪用光学装置，通过对光学装置中的部件进行重新设计并调整光路，从而减小了最小反应体积，使得此种生化分析仪大大减少试剂消耗量和用血量，降低医院使用试剂的成本。

Description

一种生化分析仪用光学装置

技术领域

本发明涉及生物医疗器械技术领域，特别是指一种生化分析仪用光学装置。

背景技术

生化分析仪中的最小反应体积是个非常重要的参数，它是一次反应中最少需要的液体体积。最小反应体积是试剂和人体的体液（主要为血液）的混合物，最小反应体积越小，则所需要抽取的人体血液和所需要的试剂就越少，显然抽血减少可以减小病人的痛苦，而所需试剂的减小则会大大节省生化分析仪使用成本。

然而，最小反应体积的缩小的途径就是缩小光通过反应杯体积以及光点尺寸，而这对于光学装置提出了很高的要求。

目前，一般的生化分析仪的反应杯横截面积为5×6mm²，光点尺寸为3×1mm²，最小反应体积为150μl，而假若将最小反应体积减小50μl，便能减少病人的痛苦并大大节省生化分析仪使用成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种生化分析仪用光学装置，其可减小生化分析仪的最小反应体积。

基于上述目的本发明提供的一种生化分析仪用光学装置，包括：光源、前聚光透镜、放置反应杯的反应盘、保持所述反应杯内反应液温度的恒温槽、后分光透镜、光采集点；所述前聚光透镜包含一片双凸透镜和一片凹凸透镜，且所述前聚光透镜的双凸透镜在前，凹凸透镜在后，并且所述凹凸透镜凸面为入射面；所述后分光透镜包含两片相同的平凸透镜，且两片透镜的凸面相贴；所述入射光从光源发出并依次经过所述双凸透镜、凹凸透镜、恒温槽、恒温液、反应杯、反应液，所述出射光则依次经过所述反应液、反应杯、恒温液、恒温槽，以及凸面相贴的两片相同的平凸透镜，最后射到所述光采集点。

在一个实施例中，所述的反应杯沿所述反应盘半径方向的内壁间距为5mm，所述反应杯壁厚不大于0.75mm，沿所述反应盘切线方向的内壁间距不大于4mm；所述恒温槽壁厚不小于1mm，恒温槽沿所述反应盘半径方向的外壁间距不大于15.5mm。

在另一个实施例中，所述的反应杯沿所述反应盘切线方向的内壁间距为4mm。

在另一个实施例中，所述恒温槽沿所述反应盘半径方向的外壁间距为15.5mm，所述反应杯壁厚为0.75mm，所述恒温槽壁厚为1mm。

在另一个实施例中，所述反应盘旋转一周的上下跳动量之和不大于1.5mm。

在另一个实施例中，所述前聚光透镜的双凸透镜入射面曲率半径为15.4mm，出射面曲率半径为23.6mm，厚度为1.7mm；所述前聚光透镜的凹凸透镜入射面曲率半径为4.7mm，出射面曲率半径为11mm，厚度为2mm。

在另一个实施例中，所述前聚光透镜的双凸透镜出射面与所述前聚光透镜的凹凸透镜入射面的间距为6.6mm，所述前聚光透镜的凹凸透镜出射面与所述恒温槽外壁的间距为2mm。

在另一个实施例中，所述后分光透镜的平凸透镜的凸面半径为9.1mm，厚度为3mm。

在另一个实施例中，所述后分光透镜的前平凸透镜入射面与所述恒温槽外壁的间距为5mm。

在另一个实施例中，所述前聚光透镜的双凸透镜入射面与光学装置光源的间距为30mm，所述后分光透镜的后平凸透镜出射面与光学装置的光采集点的间距为24mm。

在另一个实施例中，所述反应杯、恒温槽、前聚光透镜、后分光透镜的制作材料均为光学玻璃。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种生化分析仪用光学装置，通过对光学装置中的部件进行重新设计并调整光路，从而减小了最小反应体积，使得此种生化分析仪大大减少试剂消耗量和用血量，降低医院使用试剂的成本，进而减小医疗废物排放的量，降低医疗废物处理的难度；同时减少化验所需血量，减小病人的痛苦，提高病人的舒适程度，降低病人的抽血压力。

附图说明

图1为本发明公开的生化分析仪用光学装置实施例中光路所经过的各部分主视图；

图2为本发明实施例中反应杯俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明所公开的一种生化分析仪用光学装置，包括：光源、前聚光透镜、放置所述反应杯的反应盘、保持所述反应杯内反应液温度的恒温槽、后分光透镜、光采集点；所述前聚光透镜包含一片双凸透镜和一片凹凸透镜，且所述前聚光透镜的双凸透镜在前，凹凸透镜在后，并且所述凹凸透镜凸面为入射面；所述后分光透镜包含两片相同的平凸透镜，且两片透镜的凸面相贴。

所述入射光从光源发出并依次经过所述双凸透镜、凹凸透镜、恒温槽、恒温液、反应杯、反应液，所述出射光则依次经过所述反应液、反应杯、恒温液、恒温槽，以及凸面相贴的两片相同的平凸透镜，最后射到所述光采集点。

参考图1，本发明公开的生化分析仪用光学装置实施例中光路所经过的各部分主视图；图1中只画出了光路所经过的各部件的局部，由于入射光截面积小，出射光截面积大，因此左右两部分的局部的大小不同。

其中，所述光学装置包括：光源、前聚光透镜1、反应杯2、恒温槽4、后分光透镜6、光采集点；其中，反应杯2设置在恒温槽4中。

所述入射光从光源发出并依次经过所述前聚光透镜1的双凸透镜、凹凸透镜、恒温槽4、恒温液5、反应杯2、反应液3；所述出射光则依次经过所述反应液3、反应杯2、恒温液5、恒温槽4，以及后分光透镜6的凸面相贴的两片相同的平凸透镜，最后射到所述光采集点。

所述反应杯2的壁厚d₃为0.75mm，所述恒温槽4的壁厚d₆为1mm；所述反应杯2沿所述反应盘半径方向（即沿光通过方向）的内壁间距d₁为5mm，所述的反应杯2沿所述反应盘切线方向的内壁间距d₂（附图2）为4mm，所述恒温槽4沿所述反应盘半径方向（即沿光通过方向）的外壁间距d₅为15.5mm。

所述前聚光透镜1包含一片双凸透镜和一片凹凸透镜，且所述前聚光透镜1的双凸透镜在前，凹凸透镜在后，并且所述凹凸透镜凸面为入射面；所述后分光透镜6包含两片相同的平凸透镜，且两片透镜的凸面相贴。所述前聚光透镜1的双凸透镜入射面曲率半径为15.4mm，出射面曲率半径为23.6mm，厚度d₇为1.7mm；所述前聚光透镜1的凹凸透镜入射面曲率半径为4.7mm，出射面曲率半径为11mm，厚度d₉为2mm。所述后分光透镜6的平凸透镜的凸面曲率半径为9.1mm，厚度d₁₂为3mm。

所述前聚光透镜1的双凸透镜出射面与所述前聚光透镜的凹凸透镜入射面的间距d₈为6.6mm，所述前聚光透镜1的凹凸透镜出射面与所述恒温槽外壁的间距d₁₀为2mm。所述后分光透镜6的前平凸透镜入射面与所述恒温槽外壁的间距d₁₁为5mm。

所述前聚光透镜1的双凸透镜入射面与光学装置光源的间距为30mm，所述后分光透镜6的后平凸透镜出射面与光学装置的光采集点的间距为24mm。

测试时，光从光源射出，经前聚光透镜1的双凸透镜和凹凸透镜聚光后，依次经过恒温槽4的槽壁、恒温液5、反应杯2的杯壁、反应液3，在光照下反应液发生反应，之后的出射光，再依次经过反应杯2的杯壁、恒温液5、恒温槽4的槽壁，再经后分光透镜6的凸面相贴的两片相同的平凸透镜分散后，射到光采集点，经过光电转换后进行测试。

采用上述光学装置后，透过反应杯2的光点高度d₄缩小到1.5mm，光点宽度（沿反应盘切线方向）缩小到0.5mm。

所述反应盘在测试过程中会在水平绕垂直于光轴的轴旋转，但一般情况下这种旋转不会是绝对水平的，因此就会造成其旋转过程中产生上下跳动，反应盘旋转一周的最大上跳动量和最大下跳动量之和即为旋转一周的最大上下跳动量之和。显然，这种跳动将会对测试过程造成影响。通常情况下，所述的反应盘通过轴承设计和制作材料选择，可以使得其旋转一周的最大上下跳动量之和不超过1.5mm，保证了反应盘的稳定性。

考虑到反应液3的表面张力，将会使反应液3靠近反应杯2杯壁处的液面高度沿杯壁上升，而反应液3在反应杯2中心处的液面高度则会相应的下降。由于光点所照射的位置在反应液3的中心，而反应液3中心液面下降则可能会造成光点无法完全照射到反应液3上，这样便会造成检测结果的误差。为了补偿因为液面张力而减少的反应液中心液面的高度，在加入反应液时，则需要考虑增加适当的反应液体积。

因此，生化分析仪的最小反应体积的理论计算式为：

最小反应体积=反应杯2的内表面横截面积×（光点高度d₄+反应盘旋转一周的最大上下跳动量之和+反应液中心液面因表面张力而损失的高度）

其中，反应杯2的内表面横截面积为d₁×d₂=5mm×4mm=20mm²，反应盘旋转一周的最大上下跳动量之和为1.5mm，光点高度d₄为1.5mm，反应液中心液面因表面张力而损失的高度为1.5mm（理论值），则：

最小反应体积=5×4×（1.5+1.5+1.5）mm³=90μl，若考虑到设备误差的影响，则最小反应体积为100μl。

以上为理论计算下利用本发明所采用的光学装置进行测量的最小反应体积的理论值，下面通过实验来证明。

实验材料：一套完整的生化分析仪装置，包括信号采集电路板和信号采集仪表6位半表。反应盘是由8个杯联组成，每个杯联有20个杯位，为了方便，我们只记录每个杯联中的第十个杯位，共有八个数据。

实验方法：首先将每个反应杯中加入待测重铬酸钾（K₂Gr₂+O₇）溶液，该重铬酸钾的吸光度是先配置好的，约为1.0左右。

在所有的160个反应杯中加入该种溶液90μl，测量吸光度。将测量值与理论值进行对比，如果测试值和理论值相差较大（误差在0.02以外），则增大10μl待测溶液体积，继续测量，直到和理论值相差在误差范围内。

吸光度理论值为0.998。

实验数据见表1。

表1

从数据中可以得出，在反应液体积为100μl的时候已经可以得到和理论值基本一致的测试值。

综上可以得出，采用本发明的光学装置的生化分析仪的最小反应体积为100μl，比一般的生化分析仪最小反应体积150μl减小了三分之一。

从上述可以看出，本发明所公开的生化分析仪用光学装置，所述反应杯沿所述反应盘半径方向（即光通过的方向）的内壁间距，仍然保持5mm的尺寸，以保证足够的光通过距离，实现良好的光吸收性；而沿所述反应盘切线方向的内壁间距缩短到4mm，使得反应杯的总体积缩小不少，对比常规选择的5mm×6mm的截面积，单截面积的这个改变就将最小反应体积缩小了三分之一。

前聚光透镜1采用双凸透镜和凹凸透镜的配合，以降低球差；为了缩小光点尺寸，将恒温槽沿所述反应盘半径方向的外壁间距缩小到只有15.5mm，这些改进共同作用实现了光点尺寸的缩小。

后分光透镜6是为了其后的分光目的而用的，并且采用了两片相同平凸透镜镜片来节省成本。

本发明公开的一种生化分析仪用光学装置，通过采用更小横截面的反应杯，更小的透过反应杯的光点大小，并对光学装置中的部件进行重新设计并调整光路，实现了更小的最小反应体积，使得采用此种光学装置的生化分析仪大大减少试剂消耗量和用血量，降低医院使用试剂的成本，进而减小医疗废物排放的量，降低医疗废物处理的难度；同时减少化验所需血量，减小病人的痛苦，提高病人的舒适程度，降低病人的抽血压力。

需要特别指出的是，上述实施例中的反应杯横截面积为5×4，其中沿所述反应盘切线方向的内壁间距还可以再缩小，理论上可以使最小反应体积更小，考虑到所述光学装置和测试设备各部分的调试，以及测试结果精准度的问题，这里采用了4mm的尺寸，但并不排除采用3.5mm或更小的尺寸的可能性。

另外，上述实施例中的恒温槽沿所述反应盘半径方向的外壁间距为15.5mm，这个间距理论上也是可以缩小的，同样，考虑到所述光学装置和测试设备各部分的调试，以及测试结果精准度的问题，这里采用了15.5mm的尺寸，但并不排除采用15mm或更小的尺寸的可能性。

当然，所述的反应杯、恒温槽的壁厚设计也不是局限于0.75mm和1mm的，适当减小反应杯壁厚和增大恒温槽壁厚，也属于本发明的保护范围。

所述光学装置中的前聚光透镜和后分光透镜的设计是根据反应杯尺寸和光点尺寸进行设计的，因此，当所述的反应杯尺寸和光点尺寸变化以后，相应的也会造成前聚光透镜和后分光透镜以及各部分之间间距的变化，相应的符合本发明构思的前聚光透镜和后分光透镜的设计也属于本发明的保护范围。

本发明可以采用较为简单和常用的设计，如所述恒温槽为水浴槽，所述反应杯、前聚光透镜和后分光透镜的制作材料均为光学玻璃，特别是K9玻璃，但其他材料也是可行的，只要对所述光学装置和测试设备进行相应调试即可。

上述反应盘旋转一周的最大上下跳动量之和为1.5mm，当然，经过特殊的轴承设计和制作材料选择，该上下跳动量之和还可以更小，同时，还能将最小反应体积缩小。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生化分析仪用光学装置，包括光源、前聚光透镜、放置反应杯的反应盘、保持所述反应杯内反应液温度的恒温槽、后分光透镜、光采集点；其特征在于，所述前聚光透镜包含一片双凸透镜和一片凹凸透镜，且所述前聚光透镜的双凸透镜在前，凹凸透镜在后，并且所述凹凸透镜凸面为入射面；所述后分光透镜包含两片相同的平凸透镜，且两片透镜的凸面相贴；入射光从光源发出并依次经过所述双凸透镜、凹凸透镜、恒温槽、恒温液、反应杯、反应液，出射光则依次经过所述反应液、反应杯、恒温液、恒温槽，以及凸面相贴的两片相同的平凸透镜，最后射到所述光采集点。

2.根据权利要求1所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述的反应杯沿所述反应盘半径方向的内壁间距为5mm，所述反应杯壁厚不大于0.75mm，沿所述反应盘切线方向的内壁间距不大于4mm；所述恒温槽壁厚不小于1mm，恒温槽沿所述反应盘半径方向的外壁间距不大于15.5mm。

3.根据权利要求2所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述的反应杯沿所述反应盘切线方向的内壁间距为4mm。

4.根据权利要求3所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述恒温槽沿所述反应盘半径方向的外壁间距为15.5mm，所述反应杯壁厚为0.75mm，所述恒温槽壁厚为1mm。

5.根据权利要求4所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述反应盘旋转一周的上下跳动量之和不大于1.5mm。

6.根据权利要求5所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述前聚光透镜的双凸透镜入射面曲率半径为15.4mm，出射面曲率半径为23.6mm，厚度为1.7mm；所述前聚光透镜的凹凸透镜入射面曲率半径为4.7mm，出射面曲率半径为11mm，厚度为2mm。

7.根据权利要求6所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述前聚光透镜的双凸透镜出射面与所述前聚光透镜的凹凸透镜入射面的间距为6.6mm，所述前聚光透镜的凹凸透镜出射面与所述恒温槽外壁的间距为2mm。

8.根据权利要求7所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述后分光透镜的平凸透镜的凸面半径为9.1mm，厚度为3mm。

9.根据权利要求8所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述后分光透镜的前平凸透镜入射面与所述恒温槽外壁的间距为5mm。

10.根据权利要求9所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述前聚光透镜的双凸透镜入射面与光学装置光源的间距为30mm，所述后分光透镜的后平凸透镜出射面与光学装置的光采集点的间距为24mm。

11.根据权利要求1至10任意一项所述的生化分析仪用光学装置，其特征在于，所述反应杯、恒温槽、前聚光透镜、后分光透镜的制作材料均为光学玻璃。